Основные классы неорганических соединений
Теоретические пояснения
Все неорганические вещества можно разделить на простые и сложные. Сложные неорганические вещества по составу делятся на бинарные (оксиды, галогениды, сульфиды, гидриды, нитриды, карбиды и другие) и многоэлементные соединения.
Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух элементов один из которых кислород в степени окисления -2. Соединения с фтором, где кислород проявляет положительную степень окисления, пероксиды (степень окисления – 1), супероксиды (степень окисления –1/2), озониды (степень окисления –1/3) оксидами не являются.
По функциональным признакам оксиды делятся на солеобразующие (при взаимодействии с кислотами или основаниями дают соли) и несолеобразующие, которые не образуют солей, им не соответствуют гидроксиды с той же степенью окисления элемента, что и в оксиде. Несолеобразующие оксиды могут вступать с кислотами или основаниями только в окислительно-восстановительные реакции. Примером таких оксидов служат N2O, NO, CO, OsO4 и другие.
Солеобразующие оксиды подразделяются на основные, кислотные (ангидриды кислот) и амфотерные.
Основными называют оксиды, которым соответствуют основания. К ним относятся оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, MgO, CuO, CdO, HgO, VO, CrO, MnO, FeO, NiO, CoO, Bi2O3 и другие. Основные оксиды взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей:
MgO + 2HCl → MgCl2 +H2O
CaO +CO2 → CaCO3
Непосредственно с водой взаимодействуют оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, частично MgO. При этом образуются основные гидроксиды (основания):
CaO + H2O → Ca(OH)2
Кислотными называют оксиды, которым соответствуют кислоты. К ним относятся CO2, SiO2, SO2, SO3, P2O5, N2O3, NO2, N2O5, B2O3, CrO3, Mn2O7 и другие.
Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями и основными оксидами с образованием солей:
SO3 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O
SO3 + CaO → CaSO4
Многие из кислотных оксидов, за небольшим исключением (SiO2, TeO2, TeO3, MoO3, WO3 и другие), непосредственно взаимодействуют с водой, образуя кислородсодержащие кислоты:
SO2 + H2O → H2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
Амфотерными называют оксиды, которым соответствуют и основания и кислоты. К данным оксидам относятся BeO, ZnO, PbO, SnO, Al2O3, Cr2O3, MnO2, SnO2, PbO2, Sb2O3 и другие.
Амфотерные оксиды взаимодействуют как с кислотами, так и с основаниями с образованием солей:
Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]
Эти оксиды непосредственно с водой не взаимодействуют.
Как показывают приведенные примеры, с повышением степени окисления металла основные свойства их оксидов ослабевают, а кислотные усиливаются.
Названия оксидов образуются следующим образом:
- слово «оксид» и название элемента в родительном падеже с указанием в скобках римской цифрой его степени окисления (если элемент может проявлять несколько степеней окисления);
- стехиометрические соотношения между элементами указываются при помощи греческих умножающих префиксов, присоединяемых без дефиса к названиям элементов (если в формуле свыше 12 атомов одного вида, то вместо префиксов используются цифры).
Например, СО2 – оксид углерода (IV) или диоксид углерода, N2O – оксид азота (I) или оксид диазота, Fe3O4 – оксид дижелеза (III)-железа (II) или тетраоксид трижелеза, W20O58 – 58 – оксид 20 – вольфрама.
Солеобразующим оксидам соответствуют гидроксиды – гидратированные оксиды. По кислотно-основным свойствам гидроксиды подразделяются на основные, кислотные и амфотерные.
Основания (основные гидроксиды) диссоциируют в водных растворах с образованием в качестве анионов только ОН-:
NaOH → Na+ + ОН-
Ca(OH)2→ Ca2+ + 2ОН-
Основания подразделяются на малорастворимые в воде [АI(OH)3, Cu(OH)2] и хорошо растворимые основания или щелочи [KOH, NaOH, Ca(OH)2]. Важнейшее химическое свойство основных гидроксидов – способность взаимодействовать с кислотами и кислотными оксидами с образованием солей.
К амфотерным относятся гидроксиды, которые реагируют как с основаниями, так и с кислотами:
Аl(OH)3 +3 HCl → AlCl3 + 3H2O
Аl(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]
Кислоты – это сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка. Кислоты – это электролиты, которые в водных растворах или расплавах диссоциируют на ионы водорода и ионы кислотного остатка. Кислоты – это вещества способные в растворе отщеплять ион водорода.
Выделяют кислородсодержащие кислоты (кислотные гидроксиды), бескислородные кислоты, летучие и нелетучие, одноосновные, двухосновные и трехосновные, сильные и слабые.
Кислородсодержащие кислоты имеют общую формулу HxAyOz, где AyOzх-– кислотный остаток, А – кислотообразующий элемент. В номенклатуре кислородсодержащих кислот используются как тривиальные, так и систематические названия. Последние полностью отражают состав соединения и даются по правилам составления названий комплексных соединений. Систематические названия рекомендуется давать лишь малораспространенным кислотам, образованным элементами с переменной степенью окисления. Например, H6TeO6 – гексаоксотеллурат (VI) водорода. В традиционных названиях для обозначения степени окисления элемента А применяют суффиксы:
| Высшая или любая единственная степень окисления | -н-, -ов-, -ев- |
| Промежуточная степень окисления = +5, +6 | -новат- |
| Промежуточная степень окисления = +3, +4 | -(ов) ист- |
| Низшая степень окисления = +1 | -новатист- |
Примеры: HClO4 – хлорная кислота; HCIO3 – хлорноватая кислота;
HClO2 – хлористая кислота; HClO – хлорноватистая кислота.
При взаимодействии между собой гидроксидов и оксидов, с различными кислотно-основными свойствами, образуются соли. Соли по составу подразделяются на простые, двойные, смешанные и комплексные.
Двойные соли образованы двумя различными катионами и одним анионом. Например, NaAl(SO4)2 – сульфат алюминия-натия.
Смешанные соли образованы несколькими различными анионами (кислотными остатками) и одним катионом. Например, CaCl(ClO) – хлорид-гипохлорит кальция или хлорная известь.
Комплексные соли содержат в своем составе сложные комплексные ионы, которые в химических реакциях, процессах растворения, в структуре кристалла ведут себя как самостоятельные единицы. Например, K4[Fe(CN)6] - гексацианоферрат (II) калия диссоциирует в воде на ионы в соответствии с уравнением:
K4[Fe(CN)6] → 4 K+ + [Fe(CN)6] 4-.
Комплексный анион практически не диссоциирует в водном растворе, поэтому Fe2+ не обнаруживается качественными реакциями.
Простые соли по характеру замещения подразделяются на средние (нормальные), кислые и основные.
Средние соли, например, CuSO4, Na2CO3 и другие, являются продуктами полного замещения ионов водорода в кислоте на другие катионы или продуктами полного замещения гидроксильных групп в основании на кислотные остатки.
Кислые соли можно рассматривать как продукты неполного замещения ионов водорода в двух- или более основной кислоте на другие катионы. Кислые соли получаются при взаимодействии кислоты или кислотного оксида с недостатком основания, либо взаимодействием средней соли с кислотой или кислотным оксидом:
H2SO4 + КOH → КHSO4 + H2O;
CO2 + NaOH → NaHCO3;
Вa3(PO4)2 + H3PO4→ 3 ВaHPO4;
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2.
Так как в анионе кислой соли содержится подвижный водород, то она частично сохраняет свойства кислоты и может вступать в реакцию нейтрализации с основаниями:
NaHSO4 + KOH = NaKSO4 + H2O.
Основные соли можно рассматривать как продукты неполного замещения ОН – групп в многокислотных основаниях на кислотные остатки. Эти соли получаются при взаимодействии основания с недостатком кислоты или средней соли:
Ва(OH)2 + HCl = ВаOHCl + H2O;
CoCl2 + КOH = CoOHCl¯ +КCl.
Так как в состав основных солей входят гидроксильные группы, то они могут взаимодействовать с кислотами с образованием средних солей. Таким образом, основные соли частично сохраняют свойства оснований:
MgOHCl + HCl = MgCl2 + H2O
Систематические названия солей связаны с систематическими названиями соответствующих кислот. Традиционные названия солей кислородсодержащих кислот составляются из названия аниона в именительном падеже и катиона в родительном падеже. Название аниона включает корень русского или латинского названия кислотообразующего элемента с добавлением суффикса, соответствующего степени окисления элемента. При этом возможны следующие случаи:
- если кислотообразующий элемент имеет только одну степень окисления, то добавляется суффикс –ат: Na2CO3 – карбонат натрия;
- если кислотообразующий элемент имеет две степени окисления, то при высшей из них к корню добавляется суффикс –ат, а при низшей – -ит : CaSO4 – сульфат кальция, Na2SO3 – cульфит натрия;
- если имеются анионы, отвечающие четырем степеням окисления кислотообразующего элемента, то для высшей степени окисления используется приставка пер- и суффикс -ат (КCl+7O4 – перхлорат калия),
- затем суффикс –ат (KCl+5O3 – хлорат калия), суффикс –ит (KCl+3O2 – хлорит калия) и для наименьшей степени окисления – приставка гипо- и суффикс –ит (KCl+1O - гипохлорит калия).
В названиях анионов солей бескислородных кислот используется суффикс –ид (K2S - сульфид калия).
При построении традиционных названий кислых солей к названию аниона средней соли добавляется приставка гидро- и числовая греческая приставка, если число атомов водорода в анионе больше одного [Ca(H2PO4)2 – дигидрофосфат кальция, Ca(HCO3)2 – гидрокарбонат кальция].
Традиционные названия основных солей формируются при помощи приставки гидроксо- и при необходимости соответствующей числительной приставки [(CuOH)2CO3 – карбонат гидроксомеди (II)].